针对纳米铝粉表面物化性质带来的在含能材料领域中的应用缺陷,综述了纳米铝粉的可控制备方法、活性保护方法,以及保护前后铝粉热性能、能量性能的变化; 重点比较了不同制备方法的优劣,并分析了包覆方法对改性体系热反应活性的影响。在此基础上,提出了纳米铝粉未来的发展方向:研发提高纳米铝粉在复合含能材料中分散性的方法; 探究包覆材料与纳米铝粉结合方式对体系性能的影响机理; 加强改性纳米铝粉的应用研究。指出未来研究应进一步聚焦于改性纳米铝粉与环境兼容性的探索,以提升纳米铝粉在复杂条件下的应用效果。附参考文献66篇。

针对推进剂、发射药和炸药中组分迁移的机理、迁移规律的特性表征、迁移的影响因素以及迁移的抑制,介绍了以浓度梯度和极性作用为迁移驱动力的浓度扩散理论与极性作用理论,归纳了基于先进分析技术和迁移动力学的组分迁移量及迁移能力表征方法,阐述了温度、分子间相互作用、交联密度、位阻、结构等因素对组分迁移的影响,总结了化学合成法、材料改性法、添加剂法等迁移抑制方法,提出了建立快速、无损的组分迁移表征方法、完善迁移模型以及新型抗迁移组分的合成等发展方向。附

从减少外界刺激的影响和优化含能材料结构设计的角度出发,综述了单质含能材料在不同降感策略下的降感机制,具体包括缓冲、润滑、导电、吸热和绝热、改善含能材料晶体品质和增强含能分子稳定性等; 分析了多维度降感策略,如使用多功能的降感材料和耦合多种降感手段对应的综合降感机制; 提出了今后含能材料降感的发展方向:研发兼具高能和钝感特性的含能材料,研究含能材料降感机制与使用环境的关联性,以及从分子尺度建立普适性更强的定量化描述感度的模型,为设计新型高能钝感含能材料提供理论指导与技术支撑。附参考文献93篇。

针对膏体推进剂的近燃面区域热解与燃烧过程,对膏体推进剂进行了激光点火燃烧实验,同时基于课题组自主开发的多相化学反应数值求解器,结合14组分14基元化学反应方程对膏体推进剂近燃面区域的热解和燃烧特性进行了研究; 通过实验得到推进剂燃烧火焰的宏观结构并测量恒压条件下膏体推进剂燃烧速率; 通过数值计算分析了膏体推进剂恒压条件下燃烧火焰结构和化学反应次序,同时计算了不同环境压力对膏体推进剂的燃烧过程的影响。结果表明,拟合得到的压力燃烧速率曲线与实验结果吻合较好,在实验压力范围内,对膏体火箭发动机燃烧室内推进剂的燃烧速率具有较好的预测能力; 膏体推进剂燃烧最先发生的反应是AP的分解,而较高的环境压力限制了一次燃烧气体的扩散,但增强了对膏体域的热反馈效应,提高了膏体推进剂的燃烧速率。

介绍了高速摄影技术、光谱测试技术、激光干涉技术、太赫兹波多普勒测量技术的工作原理及近年来技术上的突破,并介绍了这些技术在炸药爆轰测试领域的应用情况,其中高速摄影技术与激光干涉技术被广泛应用于爆速、爆压测量和冲击起爆领域,光谱测试技术主要用于爆温测量与爆轰产物组分分析,太赫兹波多普勒测量技术用于炸药爆轰波测量; 分析了光电测试技术应用于爆轰性能研究的优缺点并对未来爆轰性能测试技术的发展进行了展望,认为加强炸药爆轰微观测试技术研究、拓宽现有光电测试技术应用领域并将测试数据处理与大数据技术结合是未来炸药爆轰性能研究的重点。附参考文献128篇。

为了研究HTPB复合固体推进剂药浆浇铸的最佳工艺参数,采用实验与理论模拟相结合的方法,基于HTPB复合固体推进剂药浆流变性能建立了推进剂药浆流动过程的本构模型; 利用有限元软件对HTPB复合推进剂药浆浇铸工艺进行仿真,通过实验验证了仿真结果的可靠性; 并对该推进剂药浆浇铸工艺进行了优化,获得了最佳浇铸工艺参数。结果表明,HTPB推进剂是典型的假塑性流体,其黏度随剪切速率增大而降低; 实验与仿真对比后的气孔率及浇铸时间误差分别为12.5%和11.25%; 其中,温度对浇铸时间的影响最明显,真空度对气孔率影响最明显。

为了改善HMX的安全性能,将低感度的FOX-7作为二元共晶的另一组分,通过超低温辅助重结晶法制备了不同摩尔比的HMX/FOX-7纳米共晶; 采用SEM、XRD、FT-IR、DSC-TG对HMX/FOX-7纳米共晶的形貌、结构、热性能进行了表征,并对其机械感度进行了分析。结果表明,HMX/FOX-7纳米共晶主要为类球形颗粒堆叠的多孔结构,其粒径主要分布在0.1～0.5μm之间; 在HMX/FOX-7纳米共晶的形成过程中,液氮对溶液的“低温冻结”以及HMX、FOX-7分子间氢键的形成对纳米共晶的形成具有显著影响; HMX/FOX-7纳米共晶的表观热分解焓相比原料大幅上升,并随HMX含量的增加而升高; 与原料HMX相比,HMX/FOX-7纳米共晶的机械感度均大幅下降。当HMX、FOX-7的摩尔比为1:3时,HMX/FOX-7纳米共晶具有最低的机械感度,撞击感度大于45J,摩擦感度为288N。

通过对比金属燃料的氟化/氧化生成物的生成焓及相变温度等物理化学性质的差异,归纳总结了金属基含能体系的氟化释能反应特征及其潜在应用优势; 从典型含氟氧化剂种类及其特性,以及含氟氧化剂在烟火药、推进剂、炸药及铝热剂中的应用等方面,对基于含氟氧化剂的复合含能体系的研究进展进行了梳理; 对含氟氧化剂在复合含能体系中的应用研究发展方向进行了展望。指出应系统开展基于不同氟源的复合含能体系的计算化学研究,从原子/分子层面加深对基于氟化反应的热力学和动力学机制及其构效关系的理解; 此外,还应加深对燃烧反应氟转移机制及预点火条件下界面间氟渗入机理的研究; 在此基础上,从纳米建筑学和反应路径设计的角度,开发适用于不同场景的含能材料的新型含氟氧化剂。附参考文献137篇。

为了研究生物质燃料的爆炸性,采用TG-DTG热重分析法,分析了几种常见生物质燃料(秸秆、木屑、花生壳)及其混合物的燃烧性能以及动力学参数; 采用扫描电子显微镜(SEM)对几种生物质燃料的微观形貌进行了观察和分析; 利用元素分析仪对该木粉+花生壳粉混合燃料进行了元素分析,基于元素组成计算了其氧化反应所需氧元素的量,然后开展了爆炸试验。结果表明,木粉+花生壳粉(质量比1:1)混合燃料的稳燃特性指数、可燃性指数和综合燃烧特性指数均较高,燃烧性能较好,且活化能适中,表面呈现多孔状且粗糙度较高,自由面较多,比表面积大,更易于燃烧。在直径40mm、长200mm、壁厚1.5mm的钢管内,装40g该混合燃料,充5MPa氧气,能够被一发8号电子雷管成功起爆,基本不产生有毒气体,钢管被炸成不同尺寸的碎片,大部分碎片尺寸在50mm以内。说明生物质燃料在一定的条件下具有爆炸性。

为了研究发射药塑化过程中的特征参数,基于双螺杆“塑化-挤出”的方法,研究了溶剂、增塑剂种类和塑化时间对单基药塑化工艺的影响; 利用Owens三液法计算乙酸乙酯(EAC)、四氢呋喃(THF)、丙酮(ACE)和1:1醇酮混合溶剂塑化后NC的表面张力,并进一步研究了不同增塑剂对表面张力的影响。结果表明,1:1醇酮混合溶剂塑化90min后NC表面张力最高(43.07mN/m),且不会粘壁粘杆,是本研究中最合适的溶剂; 通过接触角计算不同塑化时间时不同含氮量(12.14%、12.80%和13.45%)NC的表面张力,其表面张力最大值均出现在90min; 拉伸力学性能研究表明塑化时间为90min时,12.80%NC的单基药同时具有最大抗拉强度(39.10MPa)和最大断裂伸长率(16.9%),与经验法判断塑化效果较好的时间一致; 含氮量12.14%和12.80%NC表面张力最大值随着增塑剂含量的增加均提前至60min出现,13.45%NC表面张力最大值仍于90min时出现; 对应条件下,各组样品的抗拉强度及断裂伸长率与表面张力具有相同的变化趋势。因此,在NC塑化过程中,表面张力与溶剂、增塑剂和塑化时间相关,且与拉伸力学性能变化趋势具有一致性,可作为发射药塑化效果初步判断的特征参数之一。

针对水下爆炸强冲击载荷作用下结构塑性永久变形问题,建立流固耦合数值计算模型,采用二阶双重渐近法(DAA2)对流固耦合模型解耦,流体和结构数值模型利用分部法交错计算。流体部分对结构湿表面建立边界元模型,通过Newmark时间积分法求解二阶DAA方程; 结构部分基于考虑弹塑性效应的任意参考构型理论建立了有限元运动方程,采用前增量位移时间积分法进行显式求解,避免流固耦合数据交互过程中的迭代修正以简化求解流程。对水下爆炸结构动响应问题进行数值模拟,并与理论及试验结果进行对比。结果表明,在水下爆炸产生的强冲击载荷作用下结构会发生永久塑性变形,本研究方法计算得到的位移、速度、应力等结构响应量与相关参考结果相吻合。表明发展的水下爆炸流固耦合求解方法可准确模拟强冲击载荷作用下的结构弹塑性动响应,拓展了DAA2方法的应用范围。

以自制的硝酸锌共晶溶剂(nitro-DES)为硝化试剂,合成了Ag/g-C₃N₄光催化剂,在温和的非酸体系中与苯甲醚硝化反应制备得到二硝基苯甲醚(DNAN); 采用X射线粉末衍射(XRD)、紫外光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)与能量色散X射线(EDX)光谱等对Ag/g-C₃N₄光催化剂进行表征,并对光催化硝化制备二硝基苯甲醚(DNAN)的机理进行了预测。结果表明,以等摩尔比配制的硝酸锌与氯化胆碱可自发形成一种低熔点的透明极性溶剂,便于可见光能量的输入与传递,同时提供硝化反应的硝基来源; 贵金属的掺杂可显著提高C₃N₄的光催化活性,以氙灯模拟太阳光、反应温度为55℃、光照时间为3h,即可使90%以上苯甲醚转化为DNAN,根据自由基抑制实验,推测其中涉及氮氧自由基为中间体的硝化机理。

为了研究固体推进剂的断裂性能和裂纹扩展机理,介绍了固体推进剂断裂及裂纹扩展的理论研究和常见数值仿真方法,指出扩展有限元法(XFEM)和内聚力模型(CZM)是模拟固体推进剂断裂最常见的数值仿真方法; 总结了固体推进剂断裂特性的影响因素,对固体推进剂界面脱湿机理试验研究进行了综述。其中,相较于裂纹尺寸和加载速率,温度、老化和围压3种因素可以改变固体推进剂的裂纹扩展机理。最后对固体推进剂断裂的研究方向和发展趋势进行了展望,认为考虑热力耦合影响因素的动态断裂研究、燃烧环境下的断裂性能研究、实现动态加载下全过程的实时细观观测和数值仿真方法的更新是未来固体推进剂断裂与裂纹扩展研究的重点。附

为了研究金属丝对固体火箭发动机药柱燃速的影响,选择6种导热性能和力学性能均较优的材料,做成细丝嵌入到HTPB推进剂内开展点火试验。分析了材料增速比与抗拉强度的关系以及压强对增速比的影响,开展了基于传热理论及燃面反算的增速比瞬态分析,对比分析了不同材料物性参数对增速比的影响。结果表明,铜银合金、银镍合金的抗拉强度是纯银的2.1倍、3.6倍,增速比分别为纯银的94%和43%,合金材料的增速比和强度更均衡; 工作平稳段平均压强从3.8MPa上升至9.1MPa时,银镍合金最大增速比从2.5提升至2.8; 高压下增速比从0升至最高3.25,随后降至2.65并趋于稳定,增速效果波动较大; 低压下基本无上升下降趋势,增速效果更稳定,与理论分析趋势吻合较好; 不同材料熔点、比热容与增速比呈负相关,与导热系数呈现正相关。

针对线状硝胺含能增塑剂(DNDAs)合成过程中,前驱体甲硝胺(NMA)硝化反应存在放热剧烈、在线量大、有安全隐患等问题,采用微反应技术,以1,3-二甲基脲为原料、硝硫混酸为硝化剂进行硝化反应,进一步水解合成出关键中间产物NMA,并表征了其结构,对反应条件进行了优化。结果表明,微反应技术解决了甲硝胺合成过程中硝化反应放热量大、在线量大等导致的反应难以控制、安全风险高的问题; 得到优化后的微反应器硝化反应最佳工艺条件为:温度为15℃,硝酸、硫酸、1,3-二甲基脲的摩尔比为1:0.78:0.67,平均反应时间为22.5s,甲硝胺收率达到90.7%,纯度为99.2%。表明该工艺具有反应温度高、安全性高、反应速率快、产品收率高等优点。

为了研究TiZrNbHf RHEA在动态冲击下的力学特性,使用20mm口径的一级轻气炮试验平台进行非对称平板撞击试验; 通过扫描电子显微镜对回收试样进行分析,从微观角度分析其层裂机制。结果表明,在塑性波冲击峰值压力范围为0～20GPa时,TiZrNbHf RHEA的层裂强度范围为1.81～2.41GPa,RHEA的层裂强度明显低于3d族元素HEA; TiZrNbHf RHEA的Hugoniot弹性极限随着冲击速度增大而增大,从3.05GPa增大至3.57GPa,其加速度也随冲击速度增大而增大; 试验得到的Hugoniot状态方程显示出线性关系,通过冷能混合法得到的状态方程与试验数据相比较低,但在实验范围内可以用来预测材料性能。对回收试样的金相分析表明,SE和BSE图显示孔洞相连形成裂纹,其损伤区域存在大量的韧窝和少量的河流状花样,表明其损伤模式为韧性断裂为主的混合断裂模式。

为研究通过静电喷雾制备 Cu-en/AP 复合微球的最佳工艺条件,并揭示静电喷雾过程中液滴性质和流速变化对实验结果的影响,采用 ANSYS(Fluent)模拟正交实验设计静电喷雾法制备Cu-en/AP复合微球的最佳工艺条件; 采用控制变量法模拟流速、溶剂比和固体质量对实验结果的影响。结果表明,流速为 2.67×10^-3kg/s,丙酮与去离子水的质量比为1.5:1.0,固体质量为200mg的工艺条件下,复合微球的理论粒径可以达到纳米级。由静电喷雾发射的液滴在电场内的运动轨迹没有明显的偏差。模拟结果表明,颗粒直径随流速的增加而减小,在此过程中,当流速为1×10^-3kg/s时,这种下降趋势开始缓和; 当增加溶剂比(丙酮含量较高)时,在刚开始时粒径减小,该趋势一直持续到比例为1.5:1.0左右,而后逐渐增大; 固体质量的增加也会导致颗粒直径的减小。在固体质量约为220mg 时,颗粒直径开始线性增加。通过最后的SEM扫描电镜图证实了在该工艺条件下Cu-en/AP复合微球达到了纳米级。

总结了固体推进剂断裂特性的影响因素，对固体推进剂断裂性能及裂纹扩展的研究进展进行了综述；介绍了模拟推进剂断裂及裂纹扩展等过程的常见数值仿真方法；对固体推进剂断裂的研究方向和发展趋势进行了展望，认为考虑热力耦合影响因素的动态断裂研究、燃烧环境下的断裂性能研究、实现动态加载下全过程的实时细观观测和数值仿真方法的更新是未来固体推进剂断裂与裂纹扩展研究的重点。附参考文献75篇。

为降低水下全淹没发射过程中射弹的附加质量,提高射弹初速,基于水下气幕式发射原理,提出了一种气幕的新型形成方式,即通过在发射管内壁开设沟槽,引导射弹后的火药燃气在发射管内汇聚形成气幕; 建立了气幕式发射流体动力学模型,对该气幕形成方式下的发射过程进行了数值模拟,分析了装填参数对发射内弹道性能的影响。结果表明,与全淹没式发射相比,气幕式发射可将最大膛压降低89.4%,射弹初速提高53.3%; 推进用包覆火药的包覆层燃速指数从0.75增大到0.78时,气幕排水时间缩短,弹丸启动时管内燃气体积分数大幅降低,弹丸初速降低,但内弹道全过程大幅缩短,发射频率提高; 包覆层厚度的微小变化对内弹道性能影响较小。

为了研究近海底水下爆炸气-液-固多相耦合作用下的气泡脉动及水射流特性,采用欧拉方法建立不同底质/水深条件下近海底水下爆炸数值模型,对泥底条件下的近海底爆炸全物理过程进行了仿真,并与实验结果进行了对比,结果吻合良好,验证了算法在求解近海底水下爆炸气泡问题的有效性; 在此基础上,探讨了海底底质及水深对近海底水下爆炸气泡形态、半径、周期及水射流的影响。结果表明,在气泡能够分裂的计算结果当中,海底底质越硬,气泡分裂越快,水深越深,气泡分裂越慢; 气泡形态也受底质和水深影响,海底底质越硬,水深越深,气泡在收缩阶段形态将由圆棋子状转变为尖棋子状,气泡最大半径和周期越小,分裂瞬间上方气泡在总气泡体积中占比越大,因分裂产生的两股水射流速度峰值越小; 下方水射流演化过程中会形成反向水射流,底质越硬,反向水射流速度峰值越大,在所有计算工况中,深度参数(H_ref)在250～750范围内,反向水射流速度峰值与H_ref正相关,H_ref在750～1000范围内,两者负相关。

为了提高水中兵器爆炸毁伤能力评估的准确性,解决现有技术方法无法准确反映近场爆炸能量的问题,开展基于聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride, PVDF)的爆炸能量近场测试技术研究; 利用PVDF薄膜优异的压电性能设计近场压力传感器,并开展水下爆炸试验验证了冲击波压力采集系统的可行性。结果表明,所设计的传感器具有优良的绝缘防护和隔热效果,实现了亚吉帕级压力测量,适用于装药水下爆炸能量的近场测量; 压力测量系统能在3.4倍装药半径位置处采集到峰值达500MPa的完整压力时程曲线,测量结果与Josef Henrych经验公式计算结果的最大偏差为7.3%,最小偏差为0.3%; 基于试验测量的近场压力时程曲线,得到TNT炸药在3.4倍装药半径处的平均比冲击波能为0.991MJ/kg,验证了设计的PVDF压电薄膜传感器适用于精确测量装药的近场水下爆炸能量。研究成果可为装药水下爆炸能量精确测量提供重要方法。

为降低固体推进剂的特征信号,在保持配方总固体质量分数为84%的情况下,铝粉质量分数由16%逐步减少到4%,进行激光点火燃烧试验和凝相燃烧产物分析,得到了金属铝含量对推进剂燃烧特性的影响规律。结果表明,随着铝含量的逐步减少,丁羟复合固体推进剂整体燃烧稳定性减弱、火焰震荡幅度增大、点火延迟时间增大、线性燃烧时间变长、燃烧温度降低。随着铝含量的减少,燃面处的铝团聚由常规的“熔融铝团聚球”逐渐向“薄片状”发展,经超声后进行粒度分析可知大颗粒团聚体的尺度和数量均呈减少趋势。且燃烧效率随着铝含量的增加呈现先增后降的趋势,在铝粉质量分数8%时最佳,燃烧效率高达88.1%。

针对声共振技术产业化和工程应用带来的技术挑战,从声共振混合技术(RAM)在材料制备领域的总体应用情况出发,综述了其应用效果、效率、安全性及其影响因素等的研究现状,并对未来的重点研究方向进行了展望。指出声共振混合技术不仅能够应用于单纯的混合以实现物质组分均匀分散,还因其对被混物料之间的高效界面接触优势而可以应用于化学反应、共晶、表面处理等方面; 在其适用的领域,最大效率甚至可以较传统工艺提升达到几百倍,且几乎无放大效应,优势明显; 并且,因为其无桨弱剪切特性,相比捏合机、螺杆、球磨机等有桨工艺方式,对物料的结构完整性保持更好,有助于高危高敏感物料的加工处理。目前的研究多集中于实验室级别且在部分工艺现象上缺乏统一的机制认知,未来需在工艺机制、工艺放大、综合效能等方面继续开展深入研究,以加快声共振混合技术的工程化应用进程。附

为了探索金属锆粉(Zr)与高能氧化剂复合体系的热分解以及燃烧性能,以4种含能材料(EMs)AP、CL-20、HMX、DAP-4及其Zr/EMs样品为主体,采用差示扫描量热分析、全自动量热法和自主搭建的燃烧实验系统,对样品的热分解行为、燃烧热及点火燃烧过程进行对比分析,收集部分燃烧产物进行表征; 分析了Zr/DAP-4的燃烧机理。结果表明,DAP-4的耐热性能、燃烧热释放等均优于其他EMs样品; 添加Zr后样品的燃烧热更高,E_a更低且热分解温度保持在373.8℃,燃烧性能优于纯DAP-4。相比于Zr/CL-20和Zr/HMX的热分解,Zr/DAP-4的起始分解温度和峰温更高,表观活化能E_a更低,仅为138.7kJ/mol,燃烧热高达17134J/g。从燃烧动态可知,Zr/DAP-4的全过程燃烧仅需要170ms,反应迅速且剧烈,其火焰强度优于其他3种样品。燃烧产物分析表明,Zr/DAP-4燃烧生成了ZrO₂等固体和H₂O、HCl等气体产物。综合分析,Zr/DAP-4具有更高的能量特性和更好的燃烧性能,在未来推进剂配方设计中有很大的应用潜能。

为研究弧锥结合药型罩形成爆炸成型弹丸过程中,药型罩圆弧-锥角部分对爆炸成型弹丸性能的影响,控制其他变量保持不变,取圆弧-锥角在药型罩母线长度所占比例分别为1/7、2/6、3/5、4/4、5/3、6/2、7/1,采用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA建立数值模型进行模拟计算,得到相应数值模拟结果,最后通过试验验证数值模拟结果,分析了不同比例圆弧-锥角药型罩形成爆炸成型弹丸数值模拟结果中的速度、长度、压实状况等参数。结果表明,爆炸成型弹丸的速度随圆弧-锥角比例的增大而逐渐减小并在比例为3/5后保持稳定; 弹丸断裂时间随圆弧-锥角比例的增大而减小; 圆弧-锥角比例为3/5～5/3之间弹丸均断裂为3个部分,6/2比例从中间断裂,3/5至7/1比例中,变化不明显; 综合比较速度、断裂时间、断裂部分数等参数,圆弧-锥角比例为5/3速度最大为2123m/s、断裂数量最少为3、压实程度良好,飞行性能和侵彻能力等综合性能更好。通过试验测量弹丸速度,与数值模拟结果误差在5%左右,充分证实研究结果的可靠性。

为了探索水中爆炸初始冲击波近场的传播特性和衰减差异,扩展水箱法测爆压试验的研究范围,采用高速摄影狭缝扫描测试方法,对3种典型的柱状炸药(TNT、JH-14、JO-9159)水中爆炸过程进行了测试研究,测量获得了一维正平面水中初始冲击波传播的时间历程演化曲线; 由此拟合计算出柱状炸药的水中初始冲击波传播速度随时间的变化曲线,进一步由水的冲击雨果尼奥方程和冲击波动量方程、界面上压力和质点速度连续的条件及声学近似理论,计算得到了水中爆炸初始冲击波阵面压力的衰减曲线和炸药试样的爆压、多方指数等爆轰参数。结果表明,水中爆炸初始冲击波阵面压力近似以指数形式衰减,初始阶段衰减极快; 当炸药爆压为20～37GPa时,水中冲击波初始速度处于5.66～6.81km/s的范围,波阵面初始压力与炸药的爆压近似成线性关系; 虽然JO-9159的爆速和爆压均高于JH-14和TNT,但其水中初始冲击波传播仅在7μs后,其冲击波速度与波阵面压力下降至最低,说明以HMX为基的理想炸药水中爆炸初始冲击波速度和波阵面压力的衰减率要高于以RDX为基的理想炸药和TNT,高爆速、高爆压类理想炸药在水中初始冲击波性能方面优势不显著。

针对爆轰叠加效应下缺陷圆环断裂行为问题,理论分析了含波形调整器装药中爆轰波传播过程,获得了波形调整器厚度的取值范围,在设计的战斗部结构基础上,采用试验验证的数值模型研究了蒙皮参数、波形调整器参数、矩形切口参数、炸药类型对缺陷圆环断裂行为的影响规律。结果表明,波形调整器能够实现多源同步爆轰叠加并作用在圆环上,圆环能够在爆轰波叠加压力作用位置(M位置)和矩形切口位置(D位置)同时发生断裂; 蒙皮相对厚度、切口相对深度及切口相对宽度越大越不利于M位置的断裂; 爆轰波叠加压力、切口相对间距及作用在D位置的爆轰波曲率半径越大越利于M位置的断裂; 当蒙皮相对厚度H/T为0、切口相对宽度为K/R为0.015、切口相对间距J/R为0.45～0.88、沟槽相对间距L/R2为0.39～0.77、沟槽相对宽度G/R₂为0.1～0.167、装药类型为Comp B炸药或Octol炸药,切口位于圆环外壁时,圆环能够同时在M位置和D位置发生断裂,且具有较大的毁伤威力。

利用CO₂激光点火燃烧试验系统研究了HTPE固体推进剂的点火能量和燃烧特性,分析了压力、气氛、初始温度(-50～70℃)和燃速调节剂对HTPE固体推进剂燃速、火焰形态、燃烧温度和最小点火能的影响。结果表明,相对于端羟基聚丁二烯(HTPB)固体推进剂,HTPE固体推进剂的火焰强度、燃速、燃烧温度较低; 温度、压力和氧气含量的增加可提高HTPE固体推进剂的燃烧强度并降低其最小点火能量,在-50℃环境下,3种HTPE固体推进剂(HTPE_0、HTPE_Ca、HTPE_Sr)的最小点火能量分别为0.738、1.038和1.862J,低温初始环境能够显著增大最小点火能; 碳酸钙和碳酸锶对HTPE固体推进剂的燃速具有抑制作用。

为了提高杀菌高能薄膜的燃烧性能和碘含量,使用Al/Ca(IO₃)₂/30% PVDF膜(30PVDF)封装39% Al/Ca(IO₃)/(5%或10%)PVDF铝热剂(5PVDF或10PVDF)得到“三明治”结构的3、5、7和9层薄膜,并通过燃速和火焰温度测试以及DSC-TG热分析研究了铝热剂层活性及其分布结构(层数和厚度)对“三明治”结构薄膜燃烧性能和释能效应的影响规律,同时探究了薄膜各组分间的反应温度和反应机理。结果表明,封装39% 5PVDF铝热剂“三明治”结构薄膜比封装10PVDF的燃速高18%～35%,表现出更好的燃烧性能,其中5层薄膜具有最大燃速,二者分别为10.2cm/s和8.6cm/s,综合了30PVDF膜层的厚度、低燃速和膜-铝热剂层在界面的传质传热效率的影响; 并且多层薄膜的平均火焰温度随着铝热剂厚度的减小而增加。DSC-TG结果表明,Al/Ca(IO₃)₂/PVDF基多层薄膜主要在330～410℃发生Al-Ca(IO₃)₂-PVDF释碘放热反应,Ca(IO₃)₂/PVDF(质量为1.55:1)在320～350℃的剧烈放热反应和燃烧产物中的AlF₃、CaF₂、CaO等进一步证实了该反应的发生。

为研究某高燃速丁羟推进剂药浆在热、低速撞击刺激下的点火响应特性,制备了两种高燃速药浆(含气率分别为1.6%、0.3%)、两种丁羟推进剂(燃速分别为35mm/s和5mm/s); 利用自制加热装置、分离式霍普金森压杆(SHPB)、落锤撞击设备开展实验,借助同步热分析红外光谱联用、显微CT扫描、高速摄影等技术分析了推进剂和药浆在热、低速撞击刺激下的点火响应特性。结果表明,高燃速推进剂的热点火温度(241.6℃)显著低于药浆,药浆热点火温度呈现较小的含气率正相关性(含气率为1.6%、0.3%的药浆热点火温度分别为261.3、255.7℃); 高燃速药浆的撞击点火阈值受含气率和约束方式影响显著,在无径向约束的SHPB撞击实验里药浆点火阈值与含气率正相关(含气率为1.6%、0.3%的药浆点火阈值分别为71J和33J),即高含气率药浆不易撞击起火; 有径向约束的落锤实验药浆点火阈值与含气率负相关(含气率为1.6%、0.3%的药浆点火阈值分别为7J和9J),即高含气率药浆撞击时更易撞击起火。

为揭示含能晶体材料的组成-结构形态-感度的关系,分别从晶体结构、晶体形态、多组分晶体的组成和复合结构等方面,系统总结了不同晶体形态特征、以及测试条件和试样状态对撞击感度的影响及规律,探究了其基本原因。指出含能晶体材料的晶形、粒度、缺陷和聚集态结构等特征形态对撞击感度影响规律的认识主要还是宏观的或定性的,影响的极限程度和定量关系不清楚; 共晶、掺杂、复合等多组分复合晶体的构筑机理不清,没有建立组成和结构与感度的定性定量关系; 不同晶体特征对撞击感度的作用机制还未得到统一认识。由此,提出了从晶体结构设计、晶体颗粒形态调控、复合晶体设计与构筑等方面以进一步降低撞击感度的策略,为继续开展高能低感含能晶体的研制和应用提供指导。附参考文献128篇。

为探究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1-甲基-3,4,5-三硝基吡唑(MTNP)共晶的成核过程,对比研究了CL-20/MTNP共晶与两种单体在乙醇中的溶解度和介稳区宽度(MSZW),并采用修正的Sangwal模型进一步分析其成核行为。结果表明,CL-20/MTNP共晶及其单体的介稳区宽度均随饱和温度(T_s)升高和冷却速率(q)降低而减小,且当q较大时,q对介稳区宽度的影响更显著; 3种物质的界面能(γ)和成核动力学因子(A)随T_s升高而减小,说明T_s的增加有利于成核; CL-20/MTNP拥有最大的γ、临界核尺寸(r_crit)和吉布斯自由能(ΔG_crit)以及最小的A,其介稳区宽度最宽,成核最困难; MTNP拥有最小的γ、r_crit和ΔG_crit以及最大的A,其介稳区宽度最窄,成核最容易,CL-20则介于两者之间。

为了研究示踪标识物与水胶炸药的化学相容性,在水胶炸药中分别添加质量分数分别为0、1%、3%、5%的示踪标识物(一种稀土元素氧化物的微米级颗粒),通过扫描电镜、测时仪法、铅柱压缩法和同步热分析技术,对水胶炸药的微观结构、爆炸性能以及热分解特性等进行研究,并用X射线荧光光谱仪对水胶炸药进行探测。结果表明,随着示踪标识物的质量分数由0增加到5%,水胶炸药的微观结构、爆速与猛度均未发生明显变化,热稳定性良好; 爆速变化范围在1.0%左右,猛度变化在5.0%以内; TG曲线与DTG曲线基本一致,热分解过程没有明显变化; 在转化率小于40%时,未添加示踪标识物的样品活化能小于添加了示踪标识物的其他3个样品,转化率由50%增加至70%,尤其当达到80%时,4个样品的活化能比较接近,说明添加示踪标识物对水胶炸药的热分解稳定性没有明显影响; 在X光管电流为0.1mA和电压为50kV的激发条件下,添加质量分数0.05%示踪标识物的水胶炸药,示踪元素特征X射线的谱峰最明显,计数率达到597394CPS,说明水胶炸药添加质量分数0.05%的示踪标识物可满足示踪安检要求。

基于水下爆炸理论,采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法,建立了CL-20基含铝炸药水下爆炸模型,分析了冲击波载荷和气泡动力学特性; 在此基础上探究了双发CL-20基含铝装药水下爆炸冲击波时空分布规律及气泡融合特性,讨论了不完整刚性边界附近双发CL-20基含铝装药水下爆炸气泡动力学特性,得到了装药种类、破口尺寸和爆距3种关键因素对双发装药水下爆炸气泡载荷特性的影响。结果表明,与TNT装药相比,CL-20基含铝装药水下爆炸气泡半径和脉动周期更大,气泡最大半径增大了27%,脉动周期提高了65%,但气泡脉动压力小于TNT。双发CL-20基含铝装药在水平和垂直位置具有特征尖锐波峰-波谷载荷曲线和特征双峰曲线,冲击波峰值压力大于单发装药,最大增长率可达48.26%。不完整刚性边界破口尺寸、爆距增大会增加双发装药气泡射流宽度和持续时间,CL-20会加剧不完整边界对气泡动力学的影响。

为了解决传统工艺制备硝酸异丙酯(IPN)存在的反应过程不易控制、反应温度过高及收率低等问题,采用心型微通道反应器,以异丙醇为原料、二氯甲烷为溶剂,经发烟硝酸和乙酸酐的作用合成了硝酸异丙酯(IPN); 考察了异丙醇、发烟硝酸和乙酸酐摩尔比、发烟硝酸质量分数、总流速、反应温度等因素对硝化反应的影响。结果表明,在温度10℃,总流速60mL/min,发烟硝酸质量分数98%,异丙醇、发烟硝酸和乙酸酐的摩尔比1:1.2:0.9,异丙醇和二氯甲烷质量比1:1的条件下,转化率可达99.83%。建立了均相IPN硝化反应动力学模型,拟合得到活化能为37.05kJ/mol,指前因子为4.93×10⁴L/(mol·s)。

为降低多孔粒状铵油炸药的材料成本,提高其稳定性和爆炸安全性,将微米级煤粉与水的混合物(体积比为1:1混合的煤粉水浊液)部分或完全取代柴油制备粒状铵油炸药。通过实验测试选取爆速最大配方,使用摩擦感度仪测试炸药发火概率,采用C80微量量热仪研究煤粉对多孔粒状铵油炸药热分解反应的影响,以热流曲线数据为依据,通过Arrhenius方程得出不同样品热分解反应的热力学和动力学参数。结果表明,混合质量分数10%煤粉水浊液和2%柴油的铵油炸药爆速最高,为3227m/s; 炸药摩擦感度发火概率最大为4%; 煤粉水浊液抑制了多孔粒状硝酸铵的热分解反应,用其制备的铵油炸药的表观活化能、指前因子和热分解起始温度,均高于纯柴油多孔粒状铵油炸药,用其部分或完全替代柴油制备的多孔粒状铵油炸药的热稳定性较好。

为了研究不同气氛环境下脉冲激光溅射含氮化合物产生的等离子体特性及其演化过程,以氮化硼(BN)作为靶材,使用脉冲激光分别溅射氮气、空气和近真空环境中的BN,通过光谱仪采集不同延迟时间下溅射所产生的等离子体信号,揭示了等离子体的生长及消亡过程。结果表明,在空气中溅射BN会生成大量氧等离子体并呈现特征光谱峰,而在氮气或近真空环境下溅射时,该特征峰基本消失; 在氮气中溅射BN时,产生的氮原子(N I)、一价氮离子(N II)和三价氮离子(N IV)数量较多,并且氮等离子体存在时间最长,N I和N IV的存在时间分别最长可达4400ns和3450ns; 在3种不同溅射环境下,激光溅射氮气中的BN最有利于氮原子簇的制备。

针对水下爆炸过程中产生的空化效应会对舰船板结构产生二次加载作用,对结构的毁伤不可忽略,并且空化特性与爆炸的方位角和板的曲率等情况显著相关。采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同爆炸方位角和不同板曲率对空化特性以及板的动态响应的影响; 通过对比不同爆距下的气泡和空化演化过程,验证了数值方法的准确性。结果表明,爆炸方位角在0°～90°之间时,空化区域的体积随方位角的增大先减小后增大,气泡和射流的方向受板的影响向板偏移; 气泡脉动水射流和空化的耦合作用对板的动态响应占主导作用,方位角等于60°时可达总应变的73.15%; 爆炸方位角会影响板的动态响应,临界方位角在45°附近,此时板的位移和等效塑性应变最大; 板的曲率会显著影响空化现象,曲率越大空化现象越难发生,空化区域体积越小,板的动态响应随曲率的增大而减小,且减小率也随之减小。

为了精确计算某RDX基含铝炸药近场水下爆炸对舰船结构的毁伤特性,提出了一种基于水下爆炸试验和OPTIMUS的炸药JWL-Miller状态方程参数标定优化方法,建立了该型炸药水下爆炸载荷计算模型及对舰船结构毁伤的有限元模型。通过任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)和引入JWL-Miller模型数值模拟研究不同爆距、不同攻角工况对舰船结构的毁伤特性,分析冲击波载荷和气泡载荷传播过程,计算得到爆距、攻角对局部结构毁伤影响规律,给出了断裂部位破口尺寸和外板最大凹陷距离。结果表明,运用优化得到的炸药状态方程仿真计算的冲击波压力峰值、冲击波能量结果与试验结果吻合较好; 船体结构随着气泡的膨胀和收缩会呈现先中拱弯曲、后中垂弯曲的运动变形过程,随着近距爆距的改变,结构的破坏模式逐渐从冲塞形破口、四周花瓣开裂向长条形撕裂状破口再向外板向内凹陷改变; 随着近距攻角的增加,舰船舷侧外板边界处剪应力在冲击波和气泡脉动载荷作用下达到应力衡准,破口面积进一步增加,气泡的溃灭速度随药包与结构之间攻角的增大而加快。